CN103657421A

CN103657421A - 中空纤维分离膜组件的制作方法

Info

Publication number: CN103657421A
Application number: CN201210350080.4A
Authority: CN
Inventors: 李永建
Original assignee: ENN Science and Technology Development Co Ltd
Current assignee: ENN Science and Technology Development Co Ltd
Priority date: 2012-09-18
Filing date: 2012-09-18
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2032-09-18
Also published as: CN103657421B

Abstract

本发明公开了一种中空纤维分离膜组件的制作方法及制作的中空纤维分离膜组件，所述方法包括：将多根中空纤维分离膜膜丝组成膜束体，用石膏粉封堵膜丝两端的膜丝孔；将膜束体装入中空纤维分离膜组件的壳体中；用密封胶灌封膜束体的两端，以形成密封端；对膜束体的两端进行切头，使中空纤维膜的膜丝孔导通。本发明的方法成本较低，而且操作简单，生产效率高。

Description

中空纤维分离膜组件的制作方法

技术领域

本发明涉及膜分离技术，尤其涉及中空纤维分离膜组件的制作方法。

背景技术

膜分离技术是一种利用分离膜对溶液或气体物质进行分离、浓缩和提纯的技术。分离膜膜壁微孔密布，原液在一定压力下通过膜的一侧，溶剂及小分子溶质透过膜壁为滤出液，而大分子溶质被膜截留，达到物质分离及浓缩的目的。利用膜进行的气体分离法与其它气体分离法相比具有能量效率高且装置结构简单等特征，因而被用于各种气体的分离。

气体分离膜最普通的形态是在多孔支撑膜的表面上形成气体分离性树脂的薄膜形态(复合膜)。该形态在对膜赋予某种程度的强度的同时在使其具有较多的气体透过量方面是有效的。即该种分离膜不仅具有较强的耐压性和抗污染性，还具有比较优异的分离效率。

中空纤维分离膜是分离膜的一种重要形式。中空纤维分离膜是一种中空纤维状的、具有自支撑作用的膜。例如，在中国专利CN94110113中，黄向阳等人公开了一种在中空纤维分离膜内施加真空，浸涂涂层液制备中空纤维气体分离膜的方法；Bikson等人在美国专利US5356459中公开了一种中空纤维外制备双层膜的方法，内层为气体分离层和外层为不完全密封层。

在实际应用中，中空纤维分离膜通常被制成中空纤维分离膜组件来使用。由于中空纤维分离膜的直径纤细，膜层很薄，非常容易损坏，因此在制造和组装中空纤维分离膜组件的过程中存在非常多的困难。已知的制造中空纤维分离膜组件的方法，一般包括以下步骤：首先用多根中空纤维分离膜膜丝组成膜束体，将粘结剂均匀地涂在中空纤维膜膜束体的两端，静置1到2小时待粘结剂凝固。粘结剂可采用硅胶或树脂，作用是在后面的灌胶步骤之前封堵膜丝孔，以防止在灌胶过程中灌胶树脂例如环氧树脂进入膜丝孔中；接着，将膜束体装入中空纤维分离膜组件的壳体中，将组装好的带有壳体的中空纤维分离膜束体送入离心机，对膜束体的一端灌胶，即，将例如环氧树脂浇注到膜束体的端部，使树脂进入到中空纤维分离膜膜丝之间以及膜束体与壳体之间的空隙中，然后静置12小时直到密封胶干透，从而在膜束体的一端形成密封端；接着对膜束体的另一端实施同样的灌胶过程，同样静置12小时直到密封胶干透；接着对中空纤维膜束体的端部进行切头，即切除探出壳体的端侧法兰的膜束体，目的是将中空纤维膜束体的端部的涂有粘结剂的部分切除，使中空纤维膜的膜丝孔导通。最后在壳体的两端装上端盖，从而，形成最终的中空纤维分离膜组件，以备使用。如在中国专利200910115054.1中采用此方法制作纳滤膜组件。

在上述以及其它的膜组件制作过程中，均采用粘结剂封堵膜丝孔。但是，由于粘结剂的凝固时间长(1到2小时)，灌胶过程也较慢，因此生产效率低；而且，最后切头时，由于固化后的粘接剂较硬，造成切割困难，也使生产效率较低。膜组件制作过程中使用大量粘接剂和树脂，成本较高。

发明内容

本发明旨在提供一种中空纤维分离膜组件的制作方法，其能够克服上述现有技术中的至少一个缺陷。

根据本发明的一个方面，提出一种中空纤维分离膜组件的制作方法，包括以下步骤：

将多根中空纤维分离膜膜丝组成膜束体，用石膏粉封堵膜丝两端的膜丝孔，

将膜束体装入中空纤维分离膜组件的壳体中；

用密封胶灌封膜束体的两端，以形成密封端；

对膜束体的两端进行切头，使中空纤维膜的膜丝孔导通。

根据本发明的一个实施例，所述方法还包括以下步骤：

在用密封胶灌封膜束体的两端之前，采用石膏对膜丝进行预先固定。

其中，用石膏粉封堵膜丝两端的膜丝孔包括：将膜丝束的端部在石膏粉中浸蘸，使石膏粉进入膜丝孔中。

其中，采用石膏对膜丝束进行预先固定包括：

将石膏粉和水调制成石膏浆，把封堵好的带膜丝束的端部插入石膏浆中，静置使石膏浆凝固。

其中，采用石膏对膜丝束进行预先固定还包括：制备能够安装在壳体端部的无孔端盖，在无孔端盖中配制石膏浆，然后将装有膜丝束的壳体放置在无孔端盖上，使膜丝束的端部插入石膏浆中。

所述方法还包括：在用密封胶灌封膜束体的两端之前，在壳体两端连接无孔端盖；在切头之前，除去壳体两端的无孔端盖。

所述方法还包括：在切头之后，在壳体的两端装上有孔端盖，形成最终的中空纤维分离膜组件。

其中，在用密封胶灌封膜束体的两端时，从中空纤维分离膜组件的壳体上的侧口注入密封胶，以在离心机中同时对膜束体的两端进行灌封。

在所述方法中，所述的密封胶可使用环氧树脂。

本发明的中空纤维分离膜组件的制作方法成本较低，操作简单，生产效率高。

根据本发明的一个方面，提出一种中空纤维分离膜组件，包括：壳体、装入壳体中的由多根中空纤维分离膜膜丝形成的膜束体以及在壳体两端连接的带有开孔的端盖，其中，在壳体的侧壁上形成有侧口，膜束体的两端分别形成有密封端，用于在膜丝和壳体之间形成密封。

附图说明

图1示出了根据本发明的示例性的中空纤维分离膜组件的剖视图。

图2示出了无孔端盖5的剖视图。

具体实施方式

总的来说，根据本发明的中空纤维分离膜组件的制作方法包括以下步骤：

将膜束体装入中空纤维分离膜组件的壳体中；

用密封胶灌封膜束体的两端，以形成密封端；

对膜束体的两端进行切头，使中空纤维膜的膜丝孔导通。

根据本发明的一个实施例，所述方法还包括以下步骤：

其中，采用石膏对膜丝束进行预先固定包括：

在所述方法中，在用密封胶灌封膜束体的两端时，从中空纤维分离膜组件的壳体上的侧口注入密封胶，以在离心机中同时对膜束体的两端进行灌封。

在所述方法中，所述的密封胶可使用环氧树脂。

以下以具体的中空纤维分离膜组件为例来说明本发明的制作中空纤维分离膜组件的方法。

如图1所示，根据一个示例的中空纤维分离膜组件20包括两端形成有法兰9的圆筒形壳体1、装入壳体1中的由多根涂饰完的中空纤维分离膜膜丝2形成的膜束体3以及在壳体1两端对称设置的带有中心孔4的端盖5。在圆筒形壳体1的侧壁上形成有侧口6。端盖5和壳体1的法兰9通过螺栓7固定。膜束体3的两端分别形成有密封端8，用于在膜丝2和壳体1之间形成密封。

另外，如图2所示，在制作本发明的中空纤维分离膜组件10的过程中，会用到图2中单独示出的无孔端盖5-1，除了没有形成中心孔外，端盖5-1的结构与端盖5相同。

当采用图1所示的中空纤维分离膜组件10分离例如气体时，首先，原料气由压缩机从膜组件一端的中心孔4送进膜组件，进入中空纤维分离膜膜丝2的膜丝孔中；接着，进入膜丝2中的原料气中的待分离的气体组分会在功能膜作用下优先透过膜到达膜的另一侧，进入壳体1中，通过壳体1的侧口6流出；原料气中的剩余气体组分则从膜组件另一端的中心孔4流出，从而达到对对气体中的不同组分进行分离的目的。

以下说明制作上述的中空纤维分离膜组件的过程。

首先制作中空纤维分离膜。根据示例性实施例，采用聚氯乙烯中空纤维膜(内径0.6mm)作为支撑基膜，采用聚乙烯胺功能膜作为分离层，通过浸涂的方式将功能膜附着在支撑基膜的内表面(或是外表面)上，得到中空纤维复合分离膜(以下简称中空纤维分离膜)。

为了制作中空纤维分离膜组件，需要将多根中空纤维分离膜膜丝组成膜束体，并将膜束体依照中空纤维分离膜组件的壳体的尺寸修剪成一定长度，修剪之后膜束体的长度要比壳体的长度长，并要求膜丝束两端的每根膜丝都保持畅通，以免石膏粉封堵时不完全。

在如上所述准备好膜束体之后，进行以下的组装中空纤维分离膜组件的过程。

第一步：将修剪好的膜束体竖直插入预先准备好的石膏粉中，由于石膏粉颗粒非常细小因此很容易进入膜丝孔中，为了保证石膏粉能完全进入每根膜丝中，可用力向下戳动几下，再用肉眼观察，对封堵不完全的膜丝进行补救。在此用石膏粉对膜丝的封堵代替了传统的密封胶的灌封，不仅操作工艺变得简单化并且还大大缩短了灌封时间，大概1min～2min即可完成。

第二步：将石膏粉和水按质量分数为25％进行配制调匀，之后倒入例如图2所示的无孔端盖中。将上述封堵好的膜丝束装入到壳体中，然后将装有膜丝束的壳体放到端盖上，并将壳体和端盖的螺栓孔对齐，此时，膜丝束插入端盖的石膏浆中，等待1min～2min，膜丝束因石膏浆的固化而被固定，然后上好螺栓，将壳体和端盖连接在一起；对装有膜丝束的壳体的另一端进行同样的过程。此处采用石膏预固定而没有直接进入离心机进行灌胶，不仅节省了灌封用的环氧树脂的量，而且使后续的切头工作变得容易，同时还防止了膜丝束在离心过程中因为惯性的作用紧贴膜组件外壳的一侧而发生偏心现象，使膜丝分布均匀，外形美观。

第三步：将上述预组装的组件送进离心机，用软胶管将密封胶如环氧树脂从壳体的外部侧口导入壳体内，在离心力的作用下树脂会同时分别流向膜束体的两端；保持离心机转速500转/min，温度为30℃，相对湿度40％，4小时后树脂固化完全，在膜束体的两端与壳体之间形成密封。根据本发明，可以同时对膜束体的两端灌胶，节省了灌胶时间，也提高了生产效率。

第四步：将固化好的组件两端的螺栓卸掉，将灌封用的无孔端盖从壳体分离，然后对膜束体的突出壳体端部的部分进行切头修整，可以先用锤子将膜束体端部的石膏部分敲打掉，再用金属刀具切割，将膜束体的端部修剪到与壳体的法兰端面齐平。

最后，可以将带孔的端盖用螺栓连接到壳体两端的金属法兰上，从而形成最终的中空纤维分离膜组件以备使用。

以上描述了根据优选实施例的制作中空纤维分离膜组件的过程。其中，有些步骤可以省略，同样能够达到本发明的效果。例如，采用石膏粉封堵和用石膏预固定可以仅选择其一，即能够达到比现有技术节约成本、提高生产效率的目的。

根据本发明的中空纤维分离膜组件的制作方法，用石膏粉对膜丝的封堵代替了传统的粘结剂密封，不仅操作工艺变得简单化并且还大大缩短了封堵时间，提高了生产效率。用石膏预固定而没有直接进入离心机进行封胶，不仅节省了封胶树脂和简化了切头工作，并且还防止了膜丝束在离心过程中的跑偏现象。

以上只是举例说明了根据本发明的中空纤维分离膜组件的制作方法及制作的中空纤维分离膜组件，但是显然可以对示例的中空纤维分离膜组件进行结构上的变形，本发明的膜组件制作方法可以应用于其它结构的膜组件。本领域的技术人员应明白，在不偏离本发明的实质的情况下，对本发明所作的任何变形都在本发明的范围内。

Claims

1.一种中空纤维分离膜组件的制作方法，包括以下步骤：

将膜束体装入中空纤维分离膜组件的壳体中；用密封胶灌封膜束体的两端，以形成密封端；

对膜束体的两端进行切头，使中空纤维膜的膜丝孔导通。

2.根据权利要求1所述的中空纤维分离膜组件的制作方法，其中，

用石膏粉封堵膜丝两端的膜丝孔包括：将膜丝束的端部在石膏粉中浸蘸，使石膏粉进入膜丝孔中。

3.根据权利要求1所述的中空纤维分离膜组件的制作方法，其特征在于，还包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的中空纤维分离膜组件的制作方法，其中，采用石膏对膜丝束进行预先固定包括：

5.根据权利要求4所述的中空纤维分离膜组件的制作方法，其中，制备能够安装在壳体端部的带有凹陷部的无孔端盖，在无孔端盖的凹陷部中配制石膏浆，然后将装有膜丝束的壳体放置在无孔端盖上，使膜丝束的端部插入石膏浆中。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的中空纤维分离膜组件的制作方法，还包括以下步骤：

在用密封胶灌封膜束体的两端之前，在壳体两端连接无孔端盖；在切头之前，除去壳体两端的无孔端盖。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的中空纤维分离膜组件的制作方法，还包括以下步骤：

在切头之后，在壳体的两端装上有孔端盖，形成最终的中空纤维分离膜组件。

8.根据权利要求1-5中任一项所述的中空纤维分离膜组件的制作方法，其中，在用密封胶灌封膜束体的两端时，从中空纤维分离膜组件的壳体上的侧口注入密封胶，以在离心机中同时对膜束体的两端进行灌封。

9.根据权利要求1所述的中空纤维分离膜组件的制作方法，其中，所述的密封胶使用环氧树脂。

10.一种中空纤维分离膜组件，包括：壳体、装入壳体中的由多根中空纤维分离膜膜丝形成的膜束体以及在壳体两端连接的带有开孔的端盖，其中，在壳体的侧壁上形成有侧口，膜束体的两端分别形成有密封端，用于在膜丝和壳体之间形成密封。